Question

生产甲醇的原料CO、H₂可由下列反应制取：CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g），试回答下列问题。

（1）已知：① CH₄（g）+3/2 O₂（g） CO（g）+2H₂O（g）△H_l；

② H₂（g）+1/2 O₂（g） H₂O（g） △H₂，

则CH₄（g）+ H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）的△H＝____      （用含△H₁，△H₂的式子表示）

（2）一定条件下反应CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）中CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图，且T₂>T₁， 则上述反应的△H____     0（填“<”、“>”、“=”，下同），A、B处对应平衡常数（K_A、K_B）的大小关系为K_A____        K_B

（3）维持温度T₂，将0.04 mol CH₄和0.04mol H₂O（g）通入容积为1L的定容密闭容器中发生反应，平衡时达到B点，测得CH₄的转化率为50%,该反应在此温度下的平衡常数K_B=____   ，下列现象能说明该反应已经达到平衡状态的是_    ___

a．容器内CH₄、H₂O、CO、H₂的物质的量之比为1：1：1：3

b．容器的密度恒定

c．容器的压强恒定

d．3υ_正（CO）＝υ_逆（（H₂）

（4）在上述B点平衡基础上，向容器中再通入amol CH₄和a mol H₂O气体，使之在C点重新达平衡，此时测得CO有0.03mol，则a=____          。

Answer

（1）ΔH1—3ΔH2 （2分）  （2）> （2分）； < （2分）

（3）1.08×10－2mol2٠L－2 （2分，单位可不作要求）；acd（3分）   （4）0.035（3分）

【解析】

试题分析：（1）根据已知的热化学方程式以及盖斯定律可知，①－②×3即得到CH4（g）+ H2O（g）CO（g）+3H2（g），所以该反应的反应热△H＝ΔH1—3ΔH2。

（2）根据图像可知，在压强相同时，温度越高，甲烷的转化率越高。这说明升高温度平衡向正反应方向移动，因此正反应是吸热反应，即△H＞0。升高温度平衡向正反应方向移动，因此B点对应的平衡常数大于A点对应的平衡常数。

（3）             CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

起始浓度（mol/L） 0.04     0.04          0         0

转化浓度（mol/L） 0.02     0.02         0.02      0.06

平衡浓度（mol/L） 0.02     0.02         0.02      0.06

所以该温度下该反应的平衡常数KB＝＝＝1.08×10—2mol2٠L－2

在一定条件下，当可逆反应中正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），各种物质的浓度或含量均不再发生变化的状态，是化学平衡状态，根据以上分析可知，平衡时容器内CH4、H2O、CO、H2的物质的量之比为1:1:1:3，所以可以说明反应达到平衡状态，a正确；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此密度始终是不变的，所以b不能说明；该反应是体积减小的可逆反应，所以当压强不再发生变化时，可以说明反应达到平衡状态，即c正确；d中的反应速率方向相反，且满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此可以说明，d正确，答案选acd。

（4）             CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

起始浓度（mol/L）  b         b            0        0

转化浓度（mol/L） 0.03     0.03         0.03      0.09

平衡浓度（mol/L）b－0.03  b－0.03       0.03      0.09

因为温度不变，平衡常数不变，所以＝1.08×10—2，解得b＝0.075mol，因此a＝0.075mol－0.04mol＝0.035mol

考点：考查盖斯定律的应用；外界条件对平衡状态的影响；平衡常数的计算和应用等